VO2max de la montre connectée : quelle précision et peut-on s'y fier ?

Pour la plupart des personnes qui s'entraînent, cela suffit à utiliser la valeur de la montre comme indicateur approximatif de direction : la forme monte-t-elle ou baisse-t-elle après quelques mois d'entraînement régulier ? Le problème commence quand le chiffre affiché est traité comme un résultat d'examen : comparé à des tables de normes, au résultat d'un ami sur une autre marque de montre, ou utilisé pour évaluer un risque de santé. Une erreur de plusieurs, voire de plus de dix ml/kg/min, peut alors faire passer la catégorie de 'moyenne' à 'excellente' ou inversement.

Dans cet article, nous expliquons pas à pas comment fonctionnent les algorithmes d'estimation de la VO2max, ce que des études indépendantes ont montré pour l'Apple Watch, Garmin et la Pixel Watch, d'où viennent les erreurs et comment tirer le maximum de fiabilité d'une montre. Nous montrons aussi quand un test de laboratoire vaut l'investissement. Pour le contexte plus large, ce qu'est la VO2max et comment l'améliorer, consultez nos fiches sur la VO2 max, l'entraînement en zone 2 et la variabilité de la fréquence cardiaque (VFC).

La VO2max (consommation maximale d'oxygène) est la plus grande quantité d'oxygène que l'organisme peut prélever et utiliser par minute lors d'un effort maximal, le plus souvent exprimée en millilitres par kilogramme de masse corporelle et par minute (ml/kg/min). Elle englobe toute la cascade : ventilation pulmonaire, diffusion de l'oxygène, débit cardiaque, transport de l'oxygène dans le sang et son utilisation dans les muscles. L'étalon-or de la mesure est un test d'effort jusqu'à l'épuisement avec analyse directe des gaz expirés (spiroergométrie, EFX ou CPET), c'est-à-dire avec un masque ou un embout et un analyseur métabolique.

Une montre n'a ni masque ni analyseur. Elle s'appuie sur une relation que la physiologie de l'effort connaît depuis longtemps : à une allure de course donnée (ou une puissance donnée), la fréquence cardiaque monte d'autant plus que la condition physique est basse. L'algorithme compare donc l'enregistrement de la fréquence cardiaque à la vitesse, généralement issue du GPS et de l'accéléromètre, pendant une course ou une marche rapide, tient compte de l'âge, du sexe, de la masse corporelle ainsi que des fréquences cardiaques de repos et maximale, puis 'convertit' le tout en VO2max. Point important : l'effort est sous-maximal, personne n'a donc à s'épuiser. Comme l'indique une revue systématique, la plupart des études portent sur des appareils Garmin avec l'algorithme Firstbeat et des estimations issues de courses sous-maximales en extérieur, comparées à un test sur tapis roulant en laboratoire.

Les différents fabricants utilisent leurs propres variantes de cette idée (certains exigent un tapis ou une course en extérieur avec GPS, d'autres utilisent des données sur plusieurs jours issues du port quotidien), mais la logique est proche : à partir de données indirectes, la fréquence cardiaque et le mouvement, on estime une grandeur qu'on ne voit pas directement. Il en découle une conséquence importante : toute erreur dans les données d'entrée, dans la fréquence cardiaque, dans l'allure ou dans l'hypothèse sur la fréquence cardiaque maximale, se répercute sur le résultat.

Une erreur aussi importante n'est pas propre à un seul fabricant. Dans une étude sur 19 personnes avec une Garmin fenix 6, l'erreur moyenne par rapport aux données de laboratoire moyennées sur des fenêtres de 30 secondes était de 7,05 % (coefficient de concordance de Lin 0,73), ce qui répondait aux critères de validation des auteurs (MAPE inférieure à 10 % et CCC supérieur à 0,7). Dans le même travail, cette montre échouait à mesurer la saturation en oxygène, ce qui montre bien que 'fonctionne pour une fonction' ne veut pas dire 'fonctionne pour toutes'. Par ailleurs, dans une étude sur 24 personnes saines comparant cinq bracelets et montres différents, tous les appareils évalués avaient une erreur supérieure à 10 % sauf la Garmin Forerunner 920XT (7,3 %), qui sous-estimait significativement la VO2max.

Un travail sur la Pixel Watch 3 (34 participants) est également frappant : le biais systématique moyen était faible (environ -0,5 ml/kg/min, MAPE 8,65 %), mais les limites de concordance allaient d'environ -12,6 à +11,5 ml/kg/min. Autrement dit, l'appareil pris en groupe ne se trompe pas dans un sens, mais chez une personne donnée l'erreur pouvait être très importante. Les auteurs ont jugé que les estimations n'avaient pas une validité individuelle suffisante pour un usage clinique, même si le biais systématique suggère une utilité pour le suivi de la santé des populations.

La première source d'erreur est l'hypothèse sur la fréquence cardiaque maximale. L'algorithme la déduit souvent de l'âge (par une formule générale) ou des entraînements précédents. Si votre fréquence cardiaque maximale réelle s'écarte nettement de l'estimation, et chez beaucoup de personnes l'écart est d'une douzaine de battements par minute, le résultat est décalé de façon systématique. La deuxième source est la qualité de la mesure de la fréquence cardiaque : les capteurs optiques au poignet sont moins précis quand l'effort varie vite, par temps froid, avec des tatouages ou un bracelet mal serré, d'où l'usage fréquent d'une ceinture thoracique dans les études.

La troisième est que l'estimation est sous-maximale et repose sur une relation 'typique' entre fréquence cardiaque et vitesse. Si quelqu'un a une économie de course atypique, court en montée ou face au vent, est déshydraté, manque de sommeil, a pris du café ou est en pleine chaleur, la fréquence cardiaque à une allure donnée augmentera et la montre 'conclura' que la condition physique est plus basse. La quatrième, révélée par les études, est la régression vers la moyenne : chez les personnes de faible condition physique, les estimations ont tendance à être trop élevées, et chez les personnes très entraînées trop basses, parce que l'algorithme 'tire' le résultat vers la population typique. C'est pourquoi un athlète d'endurance dont la VO2max réelle est de 65 peut voir sur sa montre un chiffre nettement inférieur.

Enfin vient le décalage de méthode. Dans l'étude de l'Apple Watch, la référence était mesurée sur cycloergomètre alors que la montre s'appuyait sur la course, et dans toute validation les différences de protocole, de moyennage des données et de population s'ajoutent au résultat. Pour l'utilisateur, cela signifie une chose : comparer le chiffre d'une montre à une table de normes ou au résultat d'un collègue sur un autre appareil a peu de sens. Le comparer à son propre résultat d'il y a trois mois, avec la même montre et dans des conditions semblables, est bien plus justifié.

Une étude sur la Garmin Forerunner 265 pendant un programme de préparation de 12 semaines à un semi-marathon (20 personnes) a montré un phénomène à connaître : la montre surestimait la VO2max d'environ 2,5 à 2,9 ml/kg/min en moyenne, avant comme après l'entraînement, mais l'erreur était relativement constante et l'erreur moyenne en pourcentage restait inférieure à 10 %. Une erreur systématique constante est beaucoup moins nuisible pour suivre une tendance qu'une erreur aléatoire, car elle ne masque pas le changement.

La capacité aérobie fait partie des prédicteurs de survie les plus puissants que l'on connaisse. Dans une grande étude rétrospective portant sur 122 007 patients passant un test d'effort sur tapis, la mortalité toutes causes diminuait avec la condition physique, et les personnes du groupe le plus élevé ('élite') avaient, après ajustement, un risque de décès environ 5 fois plus faible que celles du groupe le plus bas (HR 0,20), sans limite supérieure du bénéfice observée. L'American Heart Association, dans un document scientifique, propose de traiter la condition physique comme un 'signe vital' en pratique clinique, car elle peut être un prédicteur de mortalité plus fort que le tabagisme, l'hypertension ou le diabète.

Puisque les différences entre catégories de condition physique ont un tel poids pronostique, on peut se demander si une erreur de 4 à 9 ml/kg/min ruine l'utilité d'une montre. La réponse a deux niveaux. À l'échelle d'une personne, l'erreur est trop grande pour se ranger dans une catégorie normative à partir d'une seule lecture. Dans le temps (même montre, plusieurs mois, courbe de tendance qui monte ou descend), l'information sur le sens du changement reste utile, car elle reflète une variation de la condition physique et non une valeur absolue. Il faut seulement se rappeler que la tendance d'une montre est un signal et non une preuve.

Si le résultat doit servir à des décisions de santé, par exemple évaluer le risque cardiovasculaire, planifier un programme intensif après une maladie ou adapter la charge chez une personne de plus de 60 ans, mieux vaut s'appuyer sur un test réalisé sous surveillance. Pour les personnes saines et actives qui veulent simplement savoir si leur forme progresse, une montre suffit en général largement.

Le plus précis est un test de spiroergométrie (EFX/CPET), réalisé dans un laboratoire de médecine du sport, de cardiologie ou de physiologie de l'exercice. Le participant fournit un effort progressivement croissant sur tapis ou cycloergomètre pendant qu'un analyseur mesure la consommation d'oxygène et la production de dioxyde de carbone respiration par respiration ; on obtient aussi des informations sur les seuils ventilatoires, très utiles pour planifier les zones d'entraînement. Le test est un effort maximal, il doit donc être réalisé sous la surveillance de personnel qualifié, et chez les personnes atteintes d'une maladie cardiaque ou présentant des facteurs de risque il doit être précédé d'une évaluation médicale.

Il existe aussi des tests de terrain, moins chers et plus accessibles mais moins précis : le test de Cooper (distance parcourue en 12 minutes de course), le test de marche de 1,6 km et des équations qui estiment la VO2max sans effort à partir de l'âge, de la masse corporelle et de la fréquence cardiaque de repos. Leur erreur peut être comparable à celle de la montre, et leur avantage est d'être parfaitement répétables dans des conditions identiques (même distance, même parcours, même allure d'effort). Pour qui veut suivre ses progrès sans laboratoire, un test de Cooper régulier ou une course de contrôle répétable sur la même distance donne souvent une information aussi utile qu'une estimation de montre.

Une bonne analogie est un pèse-personne qui se trompe de 1 à 2 kg, mais de façon constante. Le matin, sur le même pèse-personne, dans des conditions semblables, une baisse de 3 kg est un signal. Le même pèse-personne pour deux personnes différentes n'est plus un bon outil de comparaison absolue. Il faut lire la VO2max d'une montre de la même façon : ne supposez pas que 52 chez vous signifie plus que 49 chez un ami qui a un autre appareil, mais remarquez si votre propre 49 d'il y a six mois est devenu 53.

Une montre est un outil formidable pour recueillir des données sur sa propre activité, et la VO2max qu'elle affiche est une indication utile tant qu'on n'en attend pas la précision d'un laboratoire. Si vous la traitez comme une boussole et non comme une carte, elle est très utile : elle montre la direction que prend votre forme. Si vous la traitez comme un résultat d'examen, vous vous exposez à des conclusions que les données ne justifient pas. Avant une décision importante de santé ou d'entraînement, et au moins une fois tous les quelques ans si l'enjeu est l'évaluation du risque cardiovasculaire, envisagez un vrai test d'effort avec analyse des gaz.